第三章-数控机床的进给传动系统

数控技术第三章数控机床的进给传动系统第三章数控机床的进给传动系统3.3进给传动系统齿轮传动间隙消除方法3.4数控机床进给传动系统实例3.2数控机床进给传动系统的基本形式3.1对进给传动系统的基本要求3.1对进给传动系统的基本要求进给运动是数字控制的直接对象，被加工工件的最终位置精度和轮廓精度都与进给运动的传动精度、灵敏度、和稳定性有关。因此在设计传动机构，选用传动元件时应充分注意：1、提高传动部件的刚度2、减少传动部件的惯量3、减小传动部件的间隙4、减小系统的摩擦阻力3.2数控机床进给传动系统的基本形式数控机床的进给运动可以分为直线运动和圆周运动两大类。在数控机床上，实现直线进给运动主要有三种形式：1、丝杠副2、齿轮齿条副3、直线电动机滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的新型理想装置。优点：1、传动效率高；2、摩擦力小；3、使用寿命长；4、经预紧后可以消除轴向间隙，提高系统刚度；5、反向运动时无空行程，可以提高轴向运动精度。缺点：1、制造成本高；2、不能自锁滚珠丝杠螺母副3.2数控机床进给传动系统的基本形式滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副3.2数控机床进给传动系统的基本形式摩擦系数小，传动精度高，传动效率高达85%-98%，是普通滑动丝杠传动的2-4倍。滚珠丝杠副的摩擦角小于10，因此不能自锁。如果用于立式升降运动则必须要有制动机构。（一）、滚珠丝杠的结构丝杠和螺母之间填入钢珠，使丝杠和螺母之间为滚动摩擦运动。螺纹的截面为圆弧型其半径略大于钢球直径。依据回珠方式分：内循环方式（结构紧凑、流畅性好，但工艺性差）和外循环方式（工艺性好，但径向尺寸较大、流畅性稍差）依据消除间隙和预加载荷的方法：单螺母和双螺母方式滚珠丝杠螺母副3.2数控机床进给传动系统的基本形式电机支承丝杠螺母伺服进给系统3.2数控机床进给传动系统的基本形式3.2数控机床进给传动系统的基本形式滚珠丝杠副的传动不允许有间隙，不仅因为它会造成反向冲击，更重要的是产生定位误差，影响机床的精度稳定性，为了提高进给系统的刚度，使滚珠丝杠在过盈条件下工作更为有利，即进行预加载荷或称为预紧。双螺母法消除间隙和预加载荷。垫片和齿差式消除间隙和预加载荷。滚珠丝杠副的消除间隙调整和预加载荷3.2数控机床进给传动系统的基本形式1、通过调整垫片的厚度使左、右螺母产生轴向位移，就可达到消除间隙和产生预紧力的作用；2、简单、刚性好、装卸方便、可靠；3、调整困难，调整精度不高。双螺母垫片式结构3.2数控机床进给传动系统的基本形式1、用键限制螺母在螺母座内的转动。调整时，拧动圆螺母将螺母沿轴向移动一定距离，在消除间隙之后用圆螺母将其锁紧；2、简单紧凑，调整方便，但调整精度较差，且易于松动。双螺母螺纹式结构3.2数控机床进给传动系统的基本形式螺母1和2的凸缘上各制有一个圆柱外齿轮，两个齿轮的齿数相差一个齿，两个内齿圈3和4与外齿轮齿数分别相同，并用预紧螺钉和销钉固定在螺母座的两端。调整时先将内齿圈取下，根据间隙的大小调整两个螺母1、2分别向相同的方向转过一个或多个齿，使两个螺母在轴向移近了相应的距离达到调整间隙和预紧的目地。双螺母齿差式结构3.2数控机床进给传动系统的基本形式滚珠丝杠在工作时会发热，其温度高于床身。丝杠的热膨胀会使导程增大，影响定位精度。为了补偿热膨胀，可将丝杠预拉伸。预拉伸量应大于热膨胀率。发热后，热膨胀量抵消了部分预拉伸量，使丝杠内的拉伸力下降，但长度却没有变化。滚珠丝杠的预拉伸3.2数控机床进给传动系统的基本形式滚珠丝杠的防护作用：防止赃物落入滚道，保证滚珠的正常运行并避免滚珠和滚道的磨损。防护措施：接触式密封圈密封：防尘效果好，但增加了滚珠丝杠副的摩擦阻力矩。非接触式迷宫密封：结构复杂，但避免了与滚珠丝杠副的直接接触。运动式密封装置：用于暴露在外的丝杆的防护3.2数控机床进给传动系统的基本形式钢带缠卷式丝杠防护装置3.2静压丝杠副静压蜗杆蜗条副和齿轮齿条副丝杠传动的局限性：长丝杠制造困难，且容易弯曲下垂，轴向刚度和扭转刚度较差。静压蜗杆蜗条副工作原理：同静压丝杠螺母副。其中，蜗杆相当于丝杠，蜗条相当于螺母。配油问题：由于蜗杆是旋转的且与蜗条的接触区只有120°左右，必须解决压力油从蜗杆进入静压油腔的问题。3.2数控机床进给传动系统的基本形式齿轮齿条副：特点：速度高、传动比大、刚度及效率高，但传动不够平稳、传动精度差、不能自锁。消间隙措施：•双薄片齿轮消间隙结构：用于小负载机床。•双片厚齿轮消间隙结构：用于大负载机床。双片厚齿轮消间隙结构如右图直线电机是一种具有广阔前景的新颖电机，直线电机主要是直线电动机，它是一种直接将电能转换为直线运动机械能且不需要任何中间转换结构的传动装置。信息时代的高新技术推动了传统产业的迅速发展，在机械工业自动化中出现了一些运动控制新技术，直线电机凭借高速度、高加速、高精度及行程不受限制等特性在物流系统、工业加工与装配、信息及自动化系统、交通与民用以及军事等领域发挥着十分重要的作用。3.2数控机床进给传动系统的基本形式从旋转电动机到直线电机的演化旋转电动机的定子和转子分别对应直线电动机的初级和次级3.2数控机床进给传动系统的基本形式3.2数控机床进给传动系统的基本形式简单的说，直线电机就是“展开的”旋转电机。在很多应用中，直线电机与传统的旋转驱动系统相比具有明显的优势：(1)省去了把旋转运动转换为直线运动的中间转换机构，节约了成本，缩小了体积。(2)不存在中间传动机构的惯量和阻力的影响，直线电动机直接传动反应速度快，灵敏度高，随动性好，准确度高。(3)直线电动机容易密封，不怕污染，适应性强。由于电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因此容易密封，可在有毒气体、核辐射和液态物质中使用。(4)直线电机散热条件好，温升低，因此线负荷和电流密度可以取得较高，可提高电机的容量定额。(5)装配灵活性大，往往可以将电机与其他机件合成一体。(6)某些特殊结构的直线电动机也存在一些缺点，如大气隙导致功率因数和效率降低，存在单边磁拉力等等。目的：消除反向死区、提高传动精度和运动平稳性。1.刚性调整法概念：是指调整之后齿侧间隙不能自动补偿的调整方法。种类：偏心套式、双薄片斜齿轮式垫片调隙。偏心套式通过转动偏心套调整中心距而调整间隙双薄片斜齿轮式通过改变垫片厚度调整双薄片斜齿轮轴向距离而调整齿槽间隙3.3进给传动系统齿轮传动间隙消除方法一、直齿圆柱齿轮传动间隙的调整1.偏心套调整只能补偿齿厚误差与中心距误差引起的齿侧间隙，不能补偿偏心误差引起的齿侧间隙。偏心套间隙消除机构3.3进给传动系统齿轮传动间隙消除方法2.垫片调整调整两齿轮在轴向的相对位置即可达到消除齿侧间隙的目的。垫片调整间隙消除机构说明：上述两种方法的特点尽管结构比较简单，传动刚度好，能传递较大的动力，但齿轮磨损后齿侧间隙不能自动补偿。3.3进给传动系统齿轮传动间隙消除方法二、斜齿圆柱齿轮传动间隙的消除1.轴向垫片调整轴向垫片调整间隙消除机构3.3进给传动系统齿轮传动间隙消除方法2.柔性调整法概念：是指调整之后齿侧间隙可以自动补偿的调整方法。种类：双齿轮错齿式、压力弹簧式、碟形弹簧式双齿轮错齿式套装结构拉簧式双薄片直齿轮相对回转调整齿槽间隙压力弹簧式套装结构压簧式内外圈式锥齿轮相对回转调整齿槽间隙碟形弹簧式碟形弹簧式双薄片斜齿轮轴向移动调整齿槽间隙3.3进给传动系统齿轮传动间隙消除方法双齿轮错齿调整这种调整法结构较复杂，传动刚度低，不宜传递大扭矩，对齿轮的齿厚和齿距要求较低，可始终保持啮合无间隙，尤其适用于检测装置。双齿轮错齿调整间隙消除机构3.3进给传动系统齿轮传动间隙消除方法轴向压簧调整这种结构具有轴向尺寸过大，结构不紧凑，但可以自动补偿间隙的特点，多用于负载小，要求自动补偿间隙的场合。轴向压簧调整间隙消除机构3.3进给传动系统齿轮传动间隙消除方法轴向压簧调整间隙消除机构锥齿轮传动间隙的消除1.周向压簧调整2.轴向压簧调整锥齿轮在弹力作用下沿轴向移动，从而达到消除齿侧间隙的目的。3.3进给传动系统齿轮传动间隙消除方法MJ-50数控车床是由济南第一机床厂（现更名为济南一机床集团有限公司）生产，主要由主轴箱、床鞍、尾座、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动系统以及数控装置等构成。其外形尺寸为：长2995㎜，宽1667㎜，高1796㎜。3.4数控机床进给传动系统实例MJ-50车床外形图3.4数控机床进给传动系统实例MJ-50数控车床传动链示意图横向进给传动装置AC伺服电动机15经同步带轮14和10以及同步带12带动滚珠丝杠6回转，其上螺母7带动刀架21（如图5-12b）沿滑板1的导轨移动，实现X轴的进给运动。A-A剖面图表示滚珠丝杠前支承的轴承座4用螺钉20固定在滑板上。滑板导轨如B-B剖视图所示为矩形导轨，镶条17、18、19用来调整刀架与滑板导轨的间隙。图中22为导轨护板，26、27为机床参考点的限位开关和撞块。镶条23、24、25用于调整滑板与床身导轨的间隙。MJ-50横向进给装置图例（2）纵向进给传动装置AC伺服电动机14经同步带轮12和2以及同步带11传动到滚珠丝杠5，由螺母4带动滑板连同刀架沿床身13的矩形导轨移动，实现Z轴的进给运动。电动机轴与同步带轮12之间用锥环无键连接，这种连接方式无需在被连接件上开键槽，而且两锥环的内外圆锥面压紧后，使连接配合面无间隙，对中性较好。选用锥环对数的多少，取决于所传递转矩的大小。滚珠丝杠的左支承由三个角接触球轴承15组成。其中右边两个轴承与左边一个轴承的大口相对布置，由螺母16进行预紧。3.4数控机床进给传动系统实例MJ-50纵向进给装置图例（1）3.4数控机床进给传动系统实例MJ-50纵向进给装置图例（2）